高中物理原子核能級躍遷?知識梳理一、原子核的組成，下面我們就來聊聊關于高中物理原子核能級躍遷?接下來我們就一起去了解一下吧!

高中物理原子核能級躍遷

知識梳理

一、原子核的組成

1．⑴盧瑟福用α射線實驗發現了質子，并預言中子的存在；

⑵查德威克發現了中子

⑶湯姆生發現了電子

2．核子：組成原子核的中子和質子的統稱。

一、天然放射現象

1.天然放射現象

⑴放射性與放射性元素：物質發射射線的性質稱為放射性．具有放射性的元素稱為放射性元素．

⑵天然放射現象

原子序數大于82的元素都有放射性．天然放射性元素的種類很多，但它們在地球上的含量很少．原子序數小于83的元素，有的也具有放射性．

元素這種自發地放出射線的現象稱為天然放射現象。

2.三種射線

⑴放射性物質放出的射線有三種：α射線、β射線、γ射線．

⑵三種射線的成分和性質

二、衰變

1.原子核的衰變：放射性元素的原子核放出某種粒子後變成新的原子核的變化．

2.兩種衰變：α衰變、β衰變．

鈾238（

）的α衰變

钍234（

）的β衰變

3.衰變規律：原子核衰變時電荷數和質量數都守恒．

4.實質：α衰變

β衰變

5.γ衰變

α衰變或β衰變後産生的新核往往處于高能級，不穩定，要向低能級躍遷．放出γ光子．

γ射線是伴随着α射線和β射線産生的．

放射性物質發生衰變時，有的發生α衰，有的發生β衰變，同時伴随γ射線．這時三種射線都有．

例：寫出鐳226、钋210的一次α衰變方程。銅66、磷32的一次β衰變方程。

α衰變、β衰變表示了原子核是可以變化的．每一種元素的衰變快慢一樣嗎?衰變快慢有什麼規律?如何描述這一變化規律?

三、半衰期

1. 半衰期：放射性元素的原子核有半數發生衰變所需的時間．符号Ｔ．

2. 半衰期反映了放射性元素衰變的速率．

每種放射性元素都有一定的半衰期．氡222衰變為钋218的半衰期為3.8天，鐳226衰變為氡222的半衰期為1620年，鈾238衰變為钍234的半衰期為4.5×109年.

3. 放射性元素的半衰期的大小是由核内部本身的因素決定的，與它所處物理狀态或化學狀态無關．

四、人工轉變：

(發現質子的核反應)(盧瑟福)用α粒子轟擊氮核,并預言中子的存在

(發現中子的核反應)(查德威克)钋産生的α射線轟擊铍

(人工制造放射性同位素)

正電子的發現(約裡奧居裡和伊麗芙居裡夫婦)α粒子轟擊鋁箔

五、放射性同位素的應用

1. 利用其射線：α射線電離性強,用于使空氣電離,将靜電洩出,從而消除有害靜電。γ射線貫穿性強,可用于金屬探傷,也可用于治療惡性腫瘤。各種射線均可使DNA發生突變,可用于生物工程，基因工程。

2. 作為示蹤原子。用于研究農作物化肥需求情況，診斷甲狀腺疾病的類型，研究生物大分子結構及其功能。

3. 進行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木質文物的産生年代。

一般都使用人工制造的放射性同位素（種類齊全，各種元素都有人工制造的放射性同位。半衰期短，廢料容易處理。可制成各種形狀，強度容易控制）。

六、核力與結合能

（一） 核力及其性質

1．核力的定義：組成原子核的核子之間有很強的相互作用力，使核子能夠克服庫侖斥力而緊密地結合在一起，這種力稱

2．核力有着完全不同于靜電力和萬有引力的一些性質．

(1)核力是一種強力，在它的作用範圍内，核力比庫侖力大得多

（2）核力是短程力，作用範圍在1.5×10－15m之内，核力在大于0.8×10－15m時表現為吸引力，且随距離增大而減小，超過1.5×10－15m，核力急劇下降幾乎消失；而在距離小于0.8×10－15m時，核力表現為斥力，因此核子不會融合在一起。

（3）每個核子隻跟相鄰的核子發生核力作用，這種性質稱為核力的飽和性。

（二） 重核與輕核

1．重核：排在元素周期表比較靠後的元素對應的原子核

2．輕核：排在元素周期表比較靠前的元素對應的原子核

3．輕核的質子數和中子數一般相等，比較穩定．但大多數重核中子數多于質子數，并且不穩定．排在 83 号以後的原子核都不穩定，它們能自動分解或衰變成更輕的原子核．

(三)結合能

1．結合能：由于核子之間存在着強大的核力，要把原子核拆成核子，需要克服核力做功，也就是說需要提供一定的能量．反過來，根據能量守恒，核子結合成原子核時，也會放出一定能量，我們把這個能量叫做結合能．結合能越大，将原子核拆散需要的能量越多，說明原子核越穩定．

2．平均結合能：原子核的結合能與其核子數之比，稱為平均結合能．

平均結合能與原子核的穩定性

結合能并不是由于核子結合成原子核具有的能量，而是把核子分開所需要的能量．

(1)平均結合能的大小能夠反映核的穩定程度，平均結合能越大，原子核越難拆開，表示該核越穩定．

(2)核子數較小的輕核與核子數較大的重核，平均結合能比較小，中等核子數（如鐵）的原子核，平均結合能較大．

(3)當平均結合能較小的原子核轉化成平均結合能比較大的原子核時，就釋放核能．

六、核反應

1. 原子核在其他粒子的轟擊下産生新原子核的過程，稱為核反應。

2. 原子核的人工轉變

（1）1919年，盧瑟福發現質子核反應方程

（2）查德威克發現中子核反應方程

3. 核反應規律：

在核反應中，質量數和電荷數都守恒

居裡夫婦發現正電子

七、質能方程

1.核反應伴随着能量變化

核反應中放出的能量稱為核能。一個質子和一個中子結合成氘核，放出2.2Mev能量

2.質量虧損

組成原子核的核子的質量與原子核的質量之差(或者參加核反應的原子核總質量與生成新原子核的總質量之差)叫質量虧損.

3.質能方程

愛因斯坦質能方程

質量虧損放出能量

和

結合成

核放出能量2.22Mev

4.原子質量單位u 1u＝１.6606×10－27kg 相當于931.5Mev的能量

八、裂變

重核分裂成質量較小的核釋放出核能的反應,稱為裂變

鈾核的裂變

1. 鈾核裂變的一種典型反應

1939年12月，德國物理學家哈恩和他的助手斯特拉斯曼發現，用中子轟擊鈾核時，鈾核發生了裂變，鈾核裂變的産物是多種多樣的，其中一種典型的反應是

2. 裂變反應中的能量的計算

以上述典型反應為例：

裂變前的總質量

，

裂變後的質量

，

，

質量虧損

釋放的能量

1kg鈾235含有的鈾原子核數為

1kg鈾235完全反應釋放的總能量為

九、聚變

l. 聚變反應

由輕原子核聚合成較重原子核的反應稱聚變.

2．聚變反應的特點

聚變反應的特點主要有3個

⑴和裂變相比，聚變反應釋放的能量更多。

例如，一個氘核和一個氚核發生聚變，其核反應方程是

根據已知的數據

氘核的質量：mD=2.014102u 氚核的質量：mT=3.016.050u

氦核的質量：mα=4.002603u 中子的質量：mn=1008665u

該反應釋放能量為

平均每個核子放出的能量為3.3MeV

⑵聚變材料豐富

1L海水中大約有0．03g氘，如果發生聚變，放出的能量相當于燃燒300L汽油．

常見的聚變反應

在這兩個反應中，前一反應的材料是氘，後一反應的材料是氘和氚，而氚又是前一反應的産物．所以氘是實現這兩個反應的原始材料，而氘是重水的組成成分，在覆蓋地球表面三分之二的海水中是取之不盡的．

⑶安全、無污染。

聚變産物基本上是穩定氦核，沒有放射性，不污染周圍環境．而裂變産物一般都有放射性，容易引起環境污染．

可見，輕核的聚變是一種理想的解決能源問題的途徑．那麼，是不是任意的核聚在一起就釋放能量呢?

不是．由愛因斯坦質能方程可知，隻有在反應中出現質量虧損，即生成物的總質量小于反應物的總質量時，才能放出能量．

題型講解

1. 放射性元素衰變時放出三種射線，按穿透能力由強到弱的排列順序是（ ）

A．a射線，b射線，g射線 B．g射線，b射線，a射線，

C．g射線，a射線，b射線 D．b射線，a射線，g射線

2.放射性元素的原子核在a衰變或b衰變生成新原子核時，往往會同時伴随着___________輻射。已知A、B兩種放射性元素的半衰期分别為T1和T2，t＝T1·T2時間測得這兩種放射性元素的質量相等，那麼它們原來的質量之比mA:mB＝_________。，

下列判斷正确的是(　　)

A．X是

，Q2>Q1 B．X是

，Q2>Q1 C．X是

，Q2<Q1 D．X是

，Q2<Q1

參考答案

1． 【答案】B

2．【解析】放射性元素的原子核在α衰變或β衰變生成新原子核時，往往以γ光子的形式釋放能量，即伴随γ輻射；根據半衰期的定義，經過t＝T1·T2時間後剩下的放射性元素的質量相同，則 ，故

3．【答案】①

　②3

　③

　C

點評：①原子核自發地放出某種粒子成為新的原子核，叫做衰變；原子序數較大的重核分裂成原子序數較小的原子核，叫做重核裂變；原子序數很小的原子核聚合成原子序數較大的原子核，叫做輕核聚變．

②所有核反應都遵循質量數和電荷數守恒的規律，情況複雜時可列方程組求解．

4．【解析】核反應方程：

＋

→

中的質量虧損為：

Δm1＝1.0078 u＋12.0000 u－13.0057 u＝0.0021 u

根據電荷數守恒、質量數守恒可知：

＋

→

＋

其質量虧損為：Δm2＝1.0078 u＋15.0001 u－12.0000 u－4.0026 u＝0.0053 u

根據愛因斯坦質能方程得：Q1＝Δm1c2，Q2＝Δm2c2

故Q1＜Q2．

【答案】　B

點評:要注意u為質量單位，并不是能量單位，其中1 u＝1.6606×10－27 kg,1 uc2＝931.5 MeV．